C#中值类型和引用类型

本文将介绍C#类型系统中的值类型和引用类型，以及两者之间的一些区别。同时，还会介绍一下装箱和拆箱操作。

值类型和引用类型

首先，我们看看在C#中哪些类型是值类型，哪些类型是引用类型。

值类型：

基础数据类型(string类型除外)：包括整型、浮点型、十进制型、布尔型。　　
- 整型（sbyte、byte、char、short、ushort、int、uint、long、ulong ）
- 浮点型（float 和 double ）
- 十进制型（decimal ）
- 布尔型（bool ）
结构类型（struct）
枚举类型（enum）

引用类型：

class、interface、delegate、object、string、Array

默认值

变量的初始化中，都会有一个默认值，在C#中，我们可以通过default关键字去查看某个类型的默认值。

通过default(int)可以看到，int的默认值是0，default(bool)显示布尔类型的默认值是false。

对于所有的引用类型，默认值都会是null。

注意，这里有个特殊的情况就是结构struct，如果对一个结构进行default操作，我们将得到每个结构成员的初始值状态。也就是说，值类型成员赋予值类型的默认值，引用类型成员赋予引用类型的默认值。

简单对比值类型和引用类型

下面，我们通过一个简单的例子看看。假设有一个Point类型，有x和y两个坐标成员。

同样是下面一段代码

Point p1 = new Point(,);

Point p2 = p1;

如果Point类型是通过结构struct实现，那么p2将会是p1的一个副本，也就是说任何一个的修改都不会影响另外一个；如果Point类型是通过类class实现，那么p2和p1的引用值将会指向同一个对象。

为了进一步了解值类型和引用类型，我们需要介绍一下栈和堆这两个基本概念。

栈和堆

当我们在32位系统上运行一个程序的时候，这个程序就会有一个4GB的进程运行空间。我们所要讨论的栈和堆就存放在这个4GB的空间中。

栈和堆的简介

在C#中，栈（Stack）是指调用栈（call stack）；堆（Heap）是指托管堆，由.NET垃圾收集器自动管理。

这里就不对栈和堆进行详细的分析了，只是举一个简单的例子来大致描述栈和堆的工作原理。

从图中可以看到，局部变量在栈上的变化（入栈），当函数执行结束后，栈上的空间将会被清理；但是我们在堆上分配的空间始终从在，只能等待GC去帮我们清理不会被引用到的空间。

值类型和引用类型的存放

介绍过栈和堆之后，下面我们看看值类型和引用类型是怎么存放的。

对于值类型的变量，这个变量本身就代表这个值类型的值；但是，对于引用类型的变量，这个引用类型的实例是在托管堆上分配的空间，而这个变量本身只是代表一个指向托管堆实例的引用（指针）。

所以这里，我们可以对值类型和引用类型变量的存储有两个概括：

引用类型永远存储在堆里
值类型和引用（指针）永远存储在它们声明时所在的堆或栈里
- 如果一个值类型不是在方法中定义的，而是在一个引用类型里，那么此值类型将会被放在这个引用类型里并存储在堆上

注意：根据上面第二点概括，可以得到"值类型一定存储在栈中"这个说法是错误的。例如，我们有一个Student类，在这个类中的Age属性是一个值类型，但是这个值类型是存储在Student类实例的空间中，也就是在堆上。

class Student

{

    public string Name { get; set; }

    public int Age{ get; set; }

}

装箱和拆箱

由于C#中所有的数据类型都是由基类System.Object继承而来的，所以值类型和引用类型的值可以通过显式（或隐式）操作相互转换。

这里，可以将装箱和拆箱描述为：

装箱是将值类型转换为引用类型
拆箱是将引用类型转换为值类型

装箱/拆箱的内部操作

其实，在装箱和拆箱的过程中都对应一系列的转换，这里就通过下图表示了。

在值类型进行装箱时，生成的是全新的引用对象，这会有时间损耗，也就是造成效率降低。所以在C# 2.0中就引入了泛型来减少装箱操作和拆箱操作消耗。

总结

本文介绍了C#中的值类型和引用类型，以及栈和堆的基本概念。然后分析了值类型和引用类型在栈和堆中的存放。

同时，我们也了解到了：

当使用引用类型时，我们是在和指向引用类型的引用（指针）打交道，而不是引用类型本身
当使用值类型时，我们是在和值类型本身打交道